SLSection5-kjemi.tex

   1 \section{Vi lager slim}
   2 \label{Slim} \index{Vi lager slim|textbf}
   3 \index{PVA}\index{Polyvinylalkohol}\index{Borax}
   4
   5
   6 \subsubsection{Innledning}
   7 \index{Slim}\index{Dannelse av gele med polyvinylalkohol og Borax}
   8 Morsomt og enkelt forsøk som lar elevene selv lage en $"$leke$"$ som
   9 ellers kan kjøpes på en hvilken som helst lekebutikk.\\ To klare og
  10 fargeløse væsker blandes og går umiddelbart over i gelform. Gelen
  11 kan formes til for eksempel en ball, men vil etter hvert sige
  12 utover.
  13
  14
  15 \subsubsection{Framgangsmåte}
  16 Hell 50 ml destillert vann i et 250 ml begerglass. Sett begerglasset
  17 på en røreplate med varme (her kan en selvfølgelig bruke en vanlig
  18 gassbrenner for å varme opp vannet og røre rundt med en trepinne).
  19 Varm vannet opp, men ikke over 90$^{\circ}$C.
  20 \begin{figure}[h]
  21  \centering
  22 \includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/polyvinylalkoholslim/brenner}
  23 \includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/polyvinylalkoholslim/rorer}
  24 \caption{Tillaging av polymerløsningen tilsatt grønn
  25 kondittorfarge.} \label{polyvinylalkohol2}
  26 \end{figure}
  27
  28 Mens det varme vannent blir rørt rundt, tilsett
  29 forsiktig 2 gram med poly(vinyl)alkoholen på overflaten av vannet.\\
  30 Denne måten å gjøre det på forhindrer dannelsen av en illeluktende
  31 og klissete masse av
  32 polymer som er vanskelig å løse opp.\\
  33 \newline
  34 Hell poly(vinyl)alkohol- løsningen og 5 ml av natriumborat løsningen
  35 sammen i en plastkopp/beger og rør løsningen kraftig sammen med en
  36 rørepinne av tre.\\
  37 \newline
  38 Dannelse av gelen begynner nesten med en gang, og et slim liknende
  39 materiale med interessante fysiske egenskaper er produktet.\\
  40 \newline
  41 I forkant av miksingen kan en tilsette fargestoff (konditorfarge
  42 Fargestoff (E120, E141, E172,
  43 E100)) til PVA løsningen, slik at vi får et $"$penere$"$ slim.\\
  44 \begin{figure}[h]
  45  \centering
  46 \includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/polyvinylalkoholslim/slim1}
  47 \includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/polyvinylalkoholslim/slim2}
  48 \caption{En slimklump farget rød med konditorfarge.}
  49 \label{polyvinylalkohol2}
  50 \end{figure}
  51
  52 Best resultat får vi hvis borax løsningen blir tilført PVA
  53 løsningen.\\
  54 \newline
  55 Materialet som dannes oppviser fysikalske egenskaper som er avhengig
  56 av molekylvekten og hydrolysegraden hos PVA (som tilvirkes gjennom
  57 hydrolyse av polyvinylacetat).
  58 \newpage
  59 For å få et $"$slim$"$ som ikke krakelerer eller brytes i stykker
  60 lett er det viktig å benytte en PVA som har høy hydrolysegrad og så
  61 høy molekylvekt\footnote{ Vær observant på at PVA kan bestilles med
  62 forskjellig molekylær vekt. I dette forsøket
  63      lønner det seg å bruke PVA med en molekylær vekt på mellom 106.000 og 110.000. Med
  64      høyere molekylær vekt vil en få et "stivere" slim, mens en lavere molekylær vekt gir et mer
  65      "væskeaktigt" slim.
  66 } som mulig.
  67
  68
  69 \subsubsection{Teori}
  70 Poly(vinyl)alkohol er en polymer med en struktur som består av
  71 gjentatte vinylalkohol enheter.
  72 \begin{figure}[h]
  73  \centering
  74 \includegraphics[width=0.4\textwidth]{images/slime/polyvinylalkohol_polymer}
  75 \caption{Repetisjonsenheten til poly(vinyl)alkohol.}
  76 \label{polyvinylalkohol1}
  77 \end{figure}
  78 Gjennomsnittsverdien til n for poly(vinyl)alkoholen brukt i dette
  79 forsøket er over 2300.\\
  80 Natriumborat hydrolyserer i vann og danner borsyre/borat-buffer med
  81 en pH på rundt 9.
  82 \begin{equation}\label{natriumborathydrolyse}
  83     B_{4}O_{7}^{2-} (aq) + H_{2}O (l) \rightleftharpoons HB_{4}O_{7}^{-} (aq) + OH^{-} (aq)
  84 \end{equation}
  85 I denne øvelsen reagerer borat-ionet med hydroksyl gruppa til
  86 polymeren og danner kryssbindinger med en mulig eliminasjon av vann.
  87 Disse kryssbindingene involverer med all sannsynlighet
  88 hydrogenbindinger som brytes og redannes under bevegelse. \\
  89 Disse relativt svake kyssbindingene er nødvendige for at gelen skal
  90 ha de  viskoelastisk egenskapene. Egenskapen som
  91 poly(vinyl)alkoholen har til å involvere seg i hydrogenbindinger, er
  92 sett utfra dens høye løselighet i vann.
  93
  94
  95 \subsubsection{Forsiktig}
  96 Det finnes ingen kjente giftvirkninger fra Borax, polymeren eller
  97 selve gelen. Men i tråd med god skikk er det greit å vaske hendene
  98 godt etter at en har jobbet med disse kjemikaliene eller gelen.\\
  99 \newline
 100 Det finnes ingen grunn til ikke å la elevene få med seg gelen/slimet
 101 hjem hvis de ønsker dette.
 102
 103 \subsubsection{Fjerning av rester og avfall}
 104 Mindre mengder av natriumtetraborat kan spyles direkte i avløp med
 105 rikelig vann. Tørre kjemikalier plasseres i beholderen merket
 106 avfallskjemikalier.\\
 107 \newline
 108 Rester av gele kan enten hives i en dunk med avfallskjemikalier
 109 eller skylles ned i vasken med store mengder vann. Geleen er
 110 vanskelig å fjerne fra tepper, men forsvinner i maskinvask hvis en
 111 har vært uheldig og griset til klærne.
 112
 113 \subsubsection{Utstyr og kjemikalier}
 114 \begin{itemize}
 115   \item 50 ml destillert vann
 116   \item 2 gram poly(vinyl)alkohol, [CH$_{2}$CH(OH)]$_{n}$ (Polymeren
 117   bør være $>$99$\%$ hydrolysert med en gjennomsnittlig molar vekt på
 118   rundt 10$^{5}$ g/mol)
 119   \item 5 ml av en 4$\%$ vandig løsning av natrium tetraborat, Na$_{2}$B$_{4}$O$_{7}$
 120   (For å lage 100 ml løsning, løs 7.6 gram med
 121   Na$_{2}$B$_{4}$O$_{7}$ $\cdot$ 10H$_{2}$O (borax) i 100 ml med
 122   destillert vann).
 123 \end{itemize}
 124 \textbf{Samt:}
 125 \begin{table}[h]
 126 \begin{tabular}{lll}
 127  250 ml begerglass   & røreplate med varme evt. gassbrenner $^{m}$/stativ  &    \\
 128  termometer, -10$^{o}$C til  +110$^{o}$C   &  100 ml engangsbeger eller plastikk kopp  &    \\
 129      flat rørestav i tre  &  50 ml målesylinder     &    \\
 130 \end{tabular}
 131   \caption{Utstyr til forsøket - Dannelse av gele med Polyvinylalkohol og Borax}
 132 \end{table}
 133
 134
 135
 136 \subsubsection{Referanser}
 137 \begin{description}
 138     \item[\lbrack1\rbrack]A.~M.~Sarquis E.~Z.~Casassa and C.~H.~Van Dyke.
 139 \newblock "slime": Gelation of poly(vinyl alcohol) with borax.
 140 \newblock {\em Journal of Chemical Education}, 63:57, 1986.
 141     \item[\lbrack2\rbrack]G.~Odian.
 142 \newblock {\em Principles of Polymerization}.
 143 \newblock Wiley-Interscience: New York, 1981.
 144     \item[\lbrack3\rbrack]J.~G. Pritchard.
 145 \newblock {\em Poly(vinylalcohol): Basic Properties and Uses}.
 146 \newblock Gordon and Breach: New York, 1970.
 147 \end{description}
 148
 149
 150